(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置であって、
ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、
非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、
半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されており、
半導体装置を平面視したときに、低濃度層よりもダイオード領域の中央側に位置する部分のアノード層は、アノード電極と接している、半導体装置。
【請求項２】
低濃度層の厚さは一定である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置であって、
ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、
非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、
半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されており、
低濃度層の厚さは、非ダイオード領域側よりもダイオード領域側が薄くなっている、半導体装置。
【請求項４】
低濃度層は、半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置であって、
ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、
非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、
半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されており、
低濃度層とアノード電極との間に、第１導電型の不純物濃度が低濃度層よりも高く、アノード層よりも低い、中濃度層が形成されている、半導体装置。
【請求項６】
非ダイオード領域は、ダイオード領域の周囲に形成されており、
半導体装置を平面視したとき、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界線が直線部とコーナー部を有する矩形状であり、
低濃度層は、少なくともコーナー部のダイオード領域の周辺部に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
低濃度部は、直線部のダイオード領域の周辺部にさらに形成されている、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置であって、
ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、
非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、
半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されており、
半導体基板の一方の表面であって非ダイオード領域の表面には、表面絶縁膜が形成されており、
表面絶縁膜は、低濃度層と接するまで延びている、半導体装置。
【請求項９】
ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置であって、
ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、
非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、
半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されており、
非ダイオード領域は、第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のドリフト層と、第１導電型のボディ層と、第２導電型のエミッタ層とを有するＩＧＢＴ素子が形成されているＩＧＢＴ領域を含んでおり、
半導体装置は、半導体基板の一方の表面に形成され、エミッタ層およびボディ層に接するエミッタ電極と、半導体基板の他方の表面に形成され、コレクタ層に接するコレクタ電極と、ゲート絶縁膜を介してエミッタ層およびボディ層に接するゲート電極と、半導体基板の一方の表面に形成され、ゲート電極とエミッタ電極の間に形成されているゲート表面絶縁膜とをさらに備えており、
低濃度層は、ゲート表面絶縁膜に接するまで延びている、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオード領域と非ダイオード領域を備えた半導体装置では、ダイオードのオン時に非ダイオード領域（ダイオードが形成されていない領域）に正孔が蓄積されることがある。非ダイオード領域に蓄積された正孔は、ダイオードの逆回復時に、非ダイオード領域の近傍のアノード電極へ集中して移動する場合（いわゆる電流集中）があり、ダイオードのリカバリ破壊が発生し得る。特許文献１には、非ダイオード領域であるターミネーション領域のｎ型半導体層に蓄積された正孔が、ダイオード領域であるアクティブ領域のｐ型半導体層に集中し、ｐ型半導体層に接するアノード電極に移動することを抑制するために、ｐ型半導体層の端部のアノード電極と接していない部分を長くする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｐ型半導体層の端部のアノード電極と接していない部分は、ダイオードとして機能しない領域である。特許文献１のように、この部分を長くすると、半導体基板の基板面積に対する素子面積が小さくなり、熱損失が大きくなる。また、半導体基板の素子面積を確保するためには、半導体基板の基板面積を大きくする必要があり、半導体装置が大型化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願が開示する第１および第２の半導体装置は、ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置である。この半導体装置では、ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されている。本願が開示する第１の半導体装置では、さらに、半導体装置を平面視したときに、低濃度層よりもダイオード領域の中央側に位置する部分のアノード層は、アノード電極と接している。
【０００６】
非ダイオード領域からダイオード領域に移動するキャリアは、半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部のアノード層を経由して、アノード電極に移動する。上記の半導体装置では、ダイオード領域の周辺部のアノード電極とアノード層との間に、低濃度層が形成されている。低濃度層は、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度が低いため、アノード層よりもキャリアの移動抵抗が高い。抵抗が高い低濃度層が、アノード電極とアノード層との間に形成されているため、低濃度層によってキャリアの移動が妨げられる。これによって、非ダイオード領域に蓄積されたキャリアが、非ダイオード領域の近傍のアノード電極へ集中して移動することを抑制できる。
【０００７】
上記の第１および第２の半導体装置では、低濃度層の厚さは、一定であってもよく、非ダイオード領域側よりもダイオード領域側が薄くなっていてもよい。また、低濃度層は、半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されていてもよい。また、低濃度層とアノード電極との間に、第１導電型の不純物濃度が低濃度層よりも高く、アノード層よりも低い、中濃度層が形成されていてもよい。
【０００８】
上記の第１および第２の半導体装置では、非ダイオード領域は、ダイオード領域の周囲に形成されており、半導体装置を平面視したとき、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界線が直線部とコーナー部を有する矩形状であってもよい。この場合、低濃度層は、少なくともコーナー部のダイオード領域の周辺部に形成されていることが好ましい。低濃度部は、直線部のダイオード領域の周辺部にさらに形成されていてもよい。
【０００９】
上記の第１および第２の半導体装置では、半導体基板の一方の表面であって非ダイオード領域の表面には、表面絶縁膜が形成されていてもよい。この場合、表面絶縁膜は、低濃度領域と接するまで延びていることが好ましい。
【００１０】
上記の第１および第２の半導体装置では、非ダイオード領域は、第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のドリフト層と、第１導電型のボディ層と、第２導電型のエミッタ層とを有するＩＧＢＴ素子が形成されているＩＧＢＴ領域を含んでおり、半導体装置は、半導体基板の一方の表面に形成され、エミッタ層およびボディ層に接するエミッタ電極と、半導体基板の他方の表面に形成され、コレクタ層に接するコレクタ電極と、ゲート絶縁膜を介してエミッタ層およびボディ層に接するゲート電極と、半導体基板の一方の表面に形成され、ゲート電極とエミッタ電極の間に形成されているゲート表面絶縁膜とをさらに備えていてもよい。この場合、低濃度層は、ゲート表面絶縁膜に接するまで延びていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】ダイオードのスイッチング時の電流値と電圧値を示す図である。
【図４】図２に示す断面図において、キャリアの移動を示す図である。
【図５】図２に示す断面図において、キャリアの移動を示す図である。
【図６】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図７】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図８】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図９】変形例に係る半導体装置の平面図である。
【図１０】実施例２に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願が提供する縦型の半導体装置は、ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えている。この半導体装置では、ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されている。ここで、ダイオード領域の周辺部とは、ダイオード領域のうち、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界の近傍に位置する部分である。低濃度部は、ダイオード領域の周辺部内にのみ形成されていてもよく、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界を越えて、非ダイオード領域まで延びていてもよい。
【００１３】
低濃度層の厚さや形状は、特に限定されない。低濃度層の厚さは一定であってもよく、厚さが変化していてもよい。低濃度層におけるキャリアの移動抵抗は、アノード層におけるキャリアの移動抵抗よりも高いため、低濃度層の厚さや形状を変えることで、低濃度層におけるキャリアの移動距離を調整できる（即ち、キャリアの移動抵抗を調整することができる）。例えば、非ダイオード領域側よりもダイオード領域側を薄くすれば、キャリアの移動抵抗が低いアノード層におけるキャリアの移動距離が長くなるほど、キャリアの移動抵抗が高い低濃度層におけるキャリアの移動距離が短くなる。アノード層におけるキャリアの移動抵抗と低濃度層におけるキャリアの移動抵抗の和が等しくなる経路が複数得られるようにすれば、キャリアの集中を防止する効果を高めることができる。
【００１４】
また、低濃度層は、半導体基板の内部に形成されていてもよいし、半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されていてもよい。低濃度層が半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されている場合には、半導体ウェハに通常の半導体装置の構造を形成した後に、半導体基板の表面に低濃度層を積層する工程を行うことによって、容易に低濃度層を形成することができる。また、低濃度層を設けることによって半導体基板に形成する半導体素子等の設計が制約されない。
【００１５】
また、低濃度層とアノード電極との間に、第１導電型の不純物濃度が低濃度層よりも高く、アノード層よりも低い、中濃度層が形成されていてもよい。中濃度層におけるキャリアの移動抵抗は、低濃度層よりも低く、アノード層よりも高い。低濃度層とアノード電極が直接接触して電気的に接続している場合よりも、中濃度層が低濃度層とアノード電極との間に形成されており、中濃度層を介して低濃度層とアノード電極が電気的に接続している場合の方が、コンタクト性が良好となる。低濃度層の不純物濃度が低いことによりアノード電極とのオーミック接合性が低下する場合には、中濃度層を設けることによって、オーミック接合性の低下を抑制できる。
【００１６】
半導体装置を平面視したときに、低濃度層は、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に形成されていればよく、ダイオード素子の逆回復時に電界集中が起こり易い箇所に形成されていることが好ましい。例えば、非ダイオード領域が、ダイオード領域の周囲に形成されており、半導体装置を平面視したとき、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界線が直線部とコーナー部を有する矩形状である場合には、低濃度層は、少なくとも、コーナー部のダイオード領域の周辺部に形成されていることが好ましい。低濃度部は、直線部のダイオード領域の周辺部にさらに形成されていてもよい。
【００１７】
本願に係る半導体装置では、ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体装置であればよい。例えば、セル領域と、非セル領域（半導体素子が形成されていない領域）を有しており、セル領域にダイオード素子が形成されている半導体装置であってもよい。非セル領域では、半導体基板の表面に表面絶縁膜が形成されており、表面絶縁膜は、低濃度領域と接するまで延びていることが好ましい。また、セル領域に、ダイオード素子以外の半導体素子が形成されている半導体装置であってもよい。このような半導体装置の一例に、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子が同一の半導体基板に形成されている半導体装置がある。ダイオード素子は、ＩＧＢＴ素子の還流ダイオードとして機能する。半導体基板のＩＧＢＴ領域には、第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のドリフト層と、第１導電型のボディ層と、第２導電型のエミッタ層が形成されており、エミッタ層およびボディ層に接するエミッタ電極と、コレクタ層に接するコレクタ電極と、ゲート絶縁膜を介してエミッタ層およびボディ層に接するゲート電極と、ゲート電極とエミッタ電極の間に形成されているゲート表面絶縁膜が形成されている。この場合、低濃度層は、ゲート表面絶縁膜に接するまで延びていることが好ましい。なお、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子が同一の半導体基板に形成されている半導体装置は、例えば、半導体基板の表面側（エミッタ電極側）の構造が同一であり、裏面側（コレクタ電極側）にコレクタ層とカソード層がパターニングされているものであってもよいし、半導体基板の表面側の構造が、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域で作り分けられているものであってもよい。ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間に、素子分離構造を有する境界領域が形成されていてもよい。
【実施例１】
【００１８】
図１，２に示すように、半導体装置１は、半導体基板１０と、表面電極１５１，１５２と、裏面電極１５３と、表面絶縁膜１０２とを備えている。なお、図１では、表面電極１５１，１５２と、裏面電極１５３と、表面絶縁膜１０２は、図示を省略している。
【００１９】
半導体基板１０は、裏面電極１５３に接するｎ型のカソード層１３２と、カソード層１３２の表面に積層されたｎ型のドリフト層１３１と、ドリフト層１３１の表面に形成されたｐ型のアノード層１１０および周辺耐圧層１０１と、アノード層１１０の表面に突出して形成されたｐ型の低濃度層１２１とを備えている。アノード層中央部１１２および低濃度層１２１は、表面電極１５２に接している。アノード層周縁部１１１の表面には、表面絶縁膜１０２が形成されている。カソード層１３２のｎ型の不純物濃度は、ドリフト層１３１のｎ型の不純物濃度よりも高い。低濃度層１２１のｐ型の不純物濃度は、アノード層１１０のｐ型の不純物濃度よりも低い。このため、低濃度層１２１は、アノード層１１０よりもキャリア（本実施例の場合は正孔）の移動抵抗が高い。低濃度層１２１は、半導体基板１０の表面に突出している。低濃度層１２１は、半導体基板１０に、アノード層１１０等の半導体素子構造を形成した後で、半導体基板１０の表面にＣＶＤ等によって積層することによって形成することができる。
【００２０】
アノード層１１０は、半導体装置１を平面視したときに、半導体基板１０の中央部分に形成されており、その境界が直線部とコーナー部とを有する矩形状に形成されている。半導体装置１を平面視した図１において、アノード層１１０が形成されている矩形状の領域内がダイオード領域１１である。
【００２１】
周辺領域１２は、非ダイオード領域であり、アノード層１１０の周囲を取り囲むように形成されている。周辺領域１２およびアノード層周縁部１１１の表面には表面絶縁膜１０２が形成されている。表面絶縁膜１０２は、低濃度層１２１に接するまで延びている。低濃度層１２１は、表面絶縁膜１０２とほぼ同じ厚さであり、低濃度層１２１の表面と表面絶縁膜１０２の表面は、ほぼ同じ高さとなっている。表面電極１５１は、表面絶縁膜１０２を貫通して、周辺耐圧層１０１に接している。カソード層１３２および裏面電極１５３は、周辺領域１２の裏面側にまで延びている。
【００２２】
図３は、半導体装置１のダイオード領域１１に形成されたダイオード素子のスイッチング時の電流値Ｉｆと電圧値Ｖａｋを図示している。縦軸は電流値Ｉｆ、電圧値Ｖａｋであり、横軸は、時間を示している。電流値Ｉｆは実線で図示しており、電圧値Ｖａｋは破線で図示している。
【００２３】
図３にＡで示す範囲は、ダイオード素子に順方向に電流が流れている状態（状態Ａ）を示している。図４は、状態Ａのときのキャリアの挙動を図示している。状態Ａでは、低濃度層１２１は、ダイオード素子のアノードの一部として機能する。ダイオード領域１１のドリフト層１３１には、アノードからは正孔が注入され、カソードからは電子が注入される。ダイオード領域１１には、アノード側からカソード側に電流が流れる。注入された正孔および電子は、周辺領域１２に自由に拡散することができる。
【００２４】
図３にＢで示す範囲は、ダイオード素子をオフ状態とし、ドリフト層１３１が空乏化していく状態（状態Ｂ）を示している。状態Ｂでは、アノード側から空乏層が広がり、ダイオード領域１１の正孔は表面電極１５２（アノード電極）側に移動し、電子は裏面電極１５３（カソード電極）側に移動する。または、正孔と電子は再結合し、消失する。または、正孔および電子は、空乏化していない領域に押し出される。空乏化が進行し、ドリフト層１３１の空乏化が完了すると、正孔および電子は、ダイオード領域１１から押し出され、非ダイオード領域である周辺領域１２に移動する。
【００２５】
図３にＣで示す範囲は、半導体装置１のドリフト層１３１の空乏化が完了した状態から、逆回復する状態（状態Ｃ）を示している。図５は、状態Ｃのときのキャリアの挙動を図示している。状態Ｃでは、周辺領域１２に蓄積した正孔、電子は、それぞれダイオード領域のアノード、カソードに向かって移動する。カソード層１３２および裏面電極１５３は、周辺領域１２の裏面まで延びているから、電子は、主に半導体基板１０の裏面側のカソード層１３２から裏面電極１５３に移動する。一方、周辺領域１２の表面には表面絶縁膜１０２が形成されており、表面電極１５２は、周辺領域１２の表面まで延びていない。周辺領域１２において、半導体基板１０の表面は表面電極１５２と接していないため、正孔は、半導体基板１０の表面を通ってダイオード領域１１側に移動する。低濃度層１２１が形成されていない場合には、正孔の移動経路は、表面絶縁膜１０２と表面電極１５２との界面であり、この経路に正孔が集中してリカバリ破壊が起こり易くなる。特に、ダイオード領域１１のコーナー部１１ｂは、その周囲に存在する周辺領域１２が大きいため、直線部１１ａよりも正孔の集中が起こり易い。
【００２６】
本実施例に係る半導体装置１では、図１等に示すように、ダイオード領域１１のコーナー部１１ｂに表面絶縁膜１０２に接する低濃度層１２１が形成されている。このため、正孔の大部分は、図５の実線の矢印で示すように、表面絶縁膜１０２および低濃度層１２１を超えて表面電極１５２に到達する。正孔の一部は、図５の破線の矢印に示すように、低濃度層１２１中を移動して表面電極１５２に到達する。正孔が集中し易いダイオード領域１１のコーナー部１１ｂにおいて、効果的に正孔の集中を抑制することができるから、ダイオード素子のリカバリ耐量を向上させることができる。また、ダイオード素子の逆回復時には、ほぼ低濃度層１２１の平面積分だけしかアクティブ面積が減少しないため、ダイオード素子の逆回復時に半導体装置１の熱損失が悪化することを抑制することができる。
【００２７】
（変形例）
低濃度層の形状および大きさは、上記の実施例で説明したものに限定されない。低濃度層は、表面絶縁膜と同様の厚さでなくともよい。例えば、図６に示すように、表面絶縁膜１０２よりも厚い低濃度層１２２であってもよいし、逆に、低濃度層の方が表面絶縁膜より薄くてもよい。
【００２８】
また、低濃度層の厚さが一定でなくてもよい。例えば、図７に示すように、低濃度層１２５の厚さは、非ダイオード領域側（周辺領域１２側）よりもダイオード領域１１側が薄くなっていてもよい。低濃度層１２５は、周辺領域１２の表面絶縁膜１０２側の端部が最も厚く、アノード層中央部１１２（半導体基板１０を平面視したときの中央側）に向けて階段状に薄くなっている。ドリフト層１３１から表面電極１５２に向かって移動する正孔は、アノード層１１０を水平方向（半導体基板１０の平面方向）に移動する距離が長いほど、低濃度層１２５を垂直方向（半導体基板１０の深さ方向）に移動する距離が短くなる。このため、ドリフト層１３１から、アノード層１１０および低濃度層１２５中を移動して表面電極１５２に到達する正孔について、キャリアの移動抵抗がほぼ等しくなる経路が複数得られる。例えば、図７に実線の矢印で示す経路と、破線の矢印で示す経路で、キャリアの移動抵抗が等しくなるように、低濃度層１２５の形状および大きさ（階段の段数、各段の半導体基板１０の平面方向の幅および高さ）を設計することができる。その結果、低濃度層１２５中を移動する正孔の経路を分散することができ、正孔がアノード電極の一部に集中することを抑制することができる。なお、低濃度層の厚さを変える場合、図７に示すように階段状とすれば製造し易いが、これに限定されない。例えば、低濃度層を斜面状、曲面状にしてもよい。
【００２９】
さらに、図８に示すように、低濃度層１２１と表面電極１５２との間に中濃度層１２３が形成されていてもよい。中濃度層１２３のｐ型の不純物濃度は、低濃度層１２１よりも高く、アノード層１１０よりも低い。中濃度層１２３が低濃度層１２１と表面電極１５２との間に形成されており、中濃度層１２３を介して低濃度層１２１と表面電極１５２が電気的に接続することによって、アノード層とアノード電極とのコンタクト性が良好となる。低濃度層１２１のｐ型の不純物濃度が低く表面電極１５２とのオーミック接合性が低下する場合は、中濃度層１２３を設けることが好ましい。なお、図８では、低濃度層１２１と表面電極１５２は、中濃度層１２３によって隔離されており、互いに接触していないが、低濃度層１２１と表面電極１５２が部分的に接触していてもよい。すなわち、中濃度層１２３は、低濃度層１２１と表面電極１５２との界面の一部に形成されていてもよい。
【００３０】
また、低濃度層は、電界集中が起こり易い部分以外に形成されていてもよい。例えば、図９に示すように、低濃度層１２６は、ダイオード領域１１のコーナー部１１ｂおよび直線部１１ａに形成されていてもよい。すなわち、低濃度層１２６は、ダイオード領域１１の周辺領域１２側の周辺部全域の表面電極１５２とアノード層１１０との間に設けられており、ダイオード領域１１と周辺領域１２に沿って周回している。
【実施例２】
【００３１】
本願に係る半導体装置は、セル領域に、ダイオード素子以外の半導体素子が形成されている半導体装置であってもよい。図１０に示すように、実施例２に係る半導体装置２は、ダイオード素子を有するダイオード領域２１とＩＧＢＴ素子を有するＩＧＢＴ領域２２が同一の半導体基板２０に形成されている。ダイオード素子は、ＩＧＢＴ素子の還流ダイオードとして機能する。なお、ダイオード領域２１は、半導体基板２０の中央部に形成されており、実施例１と同様に、平面視すると、直線部とコーナー部を有する矩形状となっている。ＩＧＢＴ領域２２は、ダイオード領域２１の周囲を取り囲むように形成されている。ダイオード領域２１とＩＧＢＴ領域２２の間には、境界領域２３が形成されている。
【００３２】
半導体装置２は、半導体基板２０と、表面電極２５２と、裏面電極２５３と、トレンチゲート２３６と、ゲート表面絶縁膜２３７とを備えている。半導体基板２０は、ｎ型のドリフト層２３１と、ドリフト層２３１の裏面に接するｐ型のコレクタ層２３２およびｎ型のカソード層２３４と、ドリフト層２３１の表面に接するｐ型のボディ層２１２と、ボディ層２１２の表面の一部に形成されたｎ型のエミッタ層２３５を有している。コレクタ層２３２とカソード層２３４は隣接している。コレクタ層２３２の表面に位置する領域には、半導体基板２０の表面側からボディ層２１２を貫通してドリフト層２３１に達するトレンチゲート２３６が形成されている。トレンチゲート２３６は、トレンチ２３６ａの内壁に形成されたゲート絶縁膜２３６ｂと、ゲート絶縁膜２３６ｂに被覆されてトレンチ２３６ａ内に充填されたゲート電極２３６ｃとを有している。ゲート電極２３６ｃは、ゲート絶縁膜２３６ｂを介して、ボディ層２１２、エミッタ層２３５、ドリフト層２３１に接している。表面電極２５２は、半導体基板２０の表面に接しており、ボディ層２１２、エミッタ層２３５と接している。裏面電極２５３は、半導体基板２０の裏面に接しており、コレクタ層２３２、カソード層２３４と接している。ゲート電極２３６ｃの表面にはゲート表面絶縁膜２３７が形成されている。ゲート表面絶縁膜２３７によって、ゲート電極２３６ｃと表面電極２５２は絶縁されている。カソード層２３４の表面側のドリフト層２３１内には、ライフタイム制御領域２３８が形成されており、ライフタイム制御領域２３８は、コレクタ層２３２の表面側のドリフト層２３１内の一部にまで延びている。ライフタイム制御領域２３８は、周囲のドリフト層２３１よりも結晶欠陥濃度が高い領域であり、例えば、プロトン等のイオン照射を行うことによって形成することができる。半導体装置２のカソード層２３４の表面側は、ダイオード素子が形成されているダイオード領域２１であり、ダイオード素子の動作時には、裏面電極２５３はカソード電極となり、表面電極２５２はアノード電極となり、ボディ層２１２はアノード層となる。半導体装置２のコレクタ層２３２の表面側であって、エミッタ層２３５およびトレンチゲート２３６が形成されている領域が、ＩＧＢＴ素子が形成されているＩＧＢＴ領域２２である。ＩＧＢＴ素子の動作時には、表面電極２５２はエミッタ電極となり、裏面電極２５３はコレクタ電極となる。ダイオード領域２１とＩＧＢＴ領域２２との間は、半導体素子が形成されていない境界領域２３である。境界領域２３には、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子を分離するために、素子分離トレンチ２３９が形成されている。ＩＧＢＴ領域２２および境界領域２３は、非ダイオード領域である。
【００３３】
低濃度層２２１は、半導体基板２０の表面に突出して形成されている。実施例１と同様に、低濃度層２２１は、ダイオード領域２１のコーナー部において、カソード層２３４とコレクタ層２３２との境界およびその近傍に形成されている。低濃度層２２１は、ライフタイム制御領域２３８の表面側から、境界領域２３の全体に亘って延びており、ダイオード領域２１に最も近い側のゲート表面絶縁膜２３７に達している。カソード層２３４およびエミッタ層２３５のｎ型の不純物濃度は、ドリフト層２３１のｎ型の不純物濃度よりも高い。低濃度層２２１のｐ型の不純物濃度は、ボディ層２１２のｐ型の不純物濃度よりも低い。コレクタ層２３２のｐ型の不純物濃度は、ボディ層２１２のｐ型の不純物濃度よりも高い。
【００３４】
実施例１と同様に、ダイオード素子の逆回復時には、境界領域２３やＩＧＢＴ領域２２に蓄積した正孔が、アノード（表面電極２５２、表面電極２５２に接するボディ層２１２）に向かって移動する。従来の半導体装置のように、低濃度層２２１が無い場合には、図１０に破線の矢印で示すように、境界領域２３や境界領域２３近傍のＩＧＢＴ領域２２において、ボディ層２１２の表面を経由して正孔が表面電極２５２に流れ、半導体装置のリカバリ破壊が発生し易くなる。実施例２に係る半導体装置では、図１０に実線の矢印で示すように、境界領域２３やＩＧＢＴ領域２２に蓄積した正孔は、主に半導体基板２０の表面に移動した後、主として低濃度層２２１の裏面に沿って半導体基板２０（ボディ層２１２）の表面を移動し、低濃度層２２１のダイオード領域２１側の端部を超えた位置で、表面電極２５２に到達する。このため、境界領域２３や境界領域２３近傍のＩＧＢＴ領域２２において電流集中が生じることを抑制することができる。
【００３５】
上記のとおり、実施例２においても、実施例１と同様に、ダイオード素子のリカバリ耐量を向上させることができる。また、ダイオード素子の逆回復時には、ほぼ低濃度層２２１の平面積分だけしかアクティブ面積が減少しないため、ダイオード素子の逆回復時に半導体装置２の熱損失が悪化することを抑制することができる。
【００３６】
なお、実施例２に係る低濃度層２２１についても、その厚さや形状、および形成されている領域について種々の態様を採ることができ、例えば、実施例１の変形例として図６〜９を用いて説明した変形例を適用することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１，２      半導体装置
１０，２０  半導体基板
１１，２１  ダイオード領域
１１ａ  直線部
１１ｂ  コーナー部
１２  周辺領域
２２  ＩＧＢＴ領域
２３  境界領域
１０１  周辺耐圧層
１０２  表面絶縁膜
１１０  アノード層
１１１  アノード層周縁部
１１２  アノード層中央部
１２１，１２２，１２５，１２６，２２１  低濃度層
１３１  ドリフト層
１３２，２３２  カソード層
１５１，１５２，２５２  表面電極
１５３，２５３  裏面電極
２１２  ボディ層
２３１  ドリフト層
２３２  コレクタ層
２３４  カソード層
２３５  エミッタ層
２３６  トレンチゲート
２３６ａ  トレンチ
２３６ｂ  ゲート絶縁膜
２３６ｃ  ゲート電極
２３７  ゲート表面絶縁膜
２３８  ライフタイム制御領域
２３９  素子分離トレンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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